Новая техника для квантовых вычислений может раскрыть всю нашу модель того, как время движется во вселенной.
Вот что давно казалось правдой: время работает в одном направлении. Другое направление? Не так много.
Это правда в жизни. (Вторник начинается со среды 2018 по 2019 годы, а молодежь - до старости.) И это верно для классического компьютера. Что это обозначает? Для небольшого количества программного обеспечения, работающего на вашем ноутбуке, гораздо проще предсказать, как сложная система будет двигаться и развиваться в будущем, чем воссоздать ее прошлое. Свойство вселенной, которое теоретики называют «причинной асимметрией», требует, чтобы для движения в одном направлении во времени потребовалось гораздо больше информации - и гораздо более сложных вычислений, чем для движения в другом. (Практически говоря, идти вперед во времени легче.)
Это имеет реальные последствия. Метеорологи могут сделать достаточно хорошую работу, предсказывая, будет ли дождь через пять дней, основываясь на сегодняшних данных метеорологических радиолокаторов. Но попросите тех же метеорологов выяснить, шел ли дождь пять дней назад, используя сегодняшние радиолокационные изображения? Это гораздо более сложная задача, требующая гораздо больше данных и гораздо больших компьютеров.
Теоретики информации долгое время подозревали, что причинная асимметрия может быть фундаментальной чертой вселенной. Еще в 1927 году физик Артур Эддингтон утверждал, что эта асимметрия является причиной, по которой мы движемся только вперед во времени, а не назад. Если вы понимаете, что вселенная - это гигантский компьютер, постоянно вычисляющий свой путь во времени, то всегда легче - менее ресурсоемко - течь вещами вперед (причина, затем следствие), чем назад (следствие, затем причина). Эта идея называется «стрелой времени».
Но новая статья, опубликованная 18 июля в журнале Physical Review X, открывает возможность того, что эта стрелка является артефактом вычислений в классическом стиле - то, что нам только показалось, из-за наших ограниченных инструментов.
Группа исследователей обнаружила, что при определенных обстоятельствах причинная асимметрия исчезает внутри квантовых компьютеров, которые вычисляют совершенно другим способом. В отличие от классических компьютеров, в которых информация хранится в одном из двух состояний (1 или 0), в квантовых компьютерах информация сохраняется. в субатомных частицах, которые следуют некоторым странным правилам, и поэтому каждый из них может находиться в более чем одном состоянии одновременно. И, что еще более заманчиво, их статья указывает путь к будущим исследованиям, которые могут показать, что причинная асимметрия вообще не существует во вселенной.
Как это?
Очень упорядоченные и очень случайные системы легко предсказать. (Представьте себе маятник - заказанный - или облако газа, заполняющего комнату - беспорядочным.) В этой статье исследователи рассмотрели физические системы, которые имели уровень беспорядка и случайности златовласки - не слишком мало и не слишком много. (Итак, что-то вроде развивающейся метеорологической системы.) Это очень трудно понять компьютерам, говорит соавтор исследования Джейн Томпсон, теоретик сложности и физик, изучающий квантовую информацию в Национальном университете Сингапура.
Затем они попытались выяснить прошлое и будущее этих систем, используя теоретические квантовые компьютеры (без участия физических компьютеров). По ее словам, эти модели квантовых компьютеров не только потребляли меньше памяти, чем классические компьютерные модели, они могли работать в любом направлении во времени без использования дополнительной памяти. Другими словами, квантовая модель не имела причинно-следственной асимметрии.
«Хотя с классической точки зрения процесс может идти по одному из направлений, - сказал Томпсон в интервью Live Science, - наши результаты показывают, что« квантово-механически »процесс может идти в любом направлении, используя очень мало памяти».
И если это правда внутри квантового компьютера, это правда во вселенной, сказала она.
Квантовая физика - это изучение странного вероятностного поведения очень маленьких частиц - всех очень маленьких частиц во вселенной. И если квантовая физика верна для всех частей, составляющих вселенную, она верна для самой вселенной, даже если некоторые из ее странных эффектов не всегда очевидны для нас. Итак, если квантовый компьютер может работать без причинной асимметрии, то и вселенная может.
Конечно, увидеть серию доказательств того, как квантовые компьютеры когда-нибудь будут работать, - это не то же самое, что увидеть эффект в реальном мире. Но мы все еще далеки от квантовых компьютеров, достаточно продвинутых для запуска моделей, описанных в этой статье, сказали они.
Более того, сказал Томпсон, это исследование не доказывает, что нигде во Вселенной нет причинной асимметрии. Она и ее коллеги показали, что в горстке систем нет асимметрии. Но вполне возможно, сказала она, что есть некоторые очень голые квантовые модели, в которых возникает некоторая причинная асимметрия.
«Я агностик в этом вопросе», - сказала она.
Пока что.
Следующим шагом в этом исследовании, по ее словам, является ответ на этот вопрос - чтобы выяснить, существует ли причинная асимметрия в каких-либо квантовых моделях.
Эта статья не доказывает, что время не существует или что мы однажды сможем проскользнуть назад через него. Но это, похоже, показывает, что один из ключевых строительных блоков нашего понимания времени, причины и следствия не всегда работает так, как давно предполагали ученые, - и может вообще не работать так. Что это значит для формы времени и для остальных из нас, все еще остается открытым вопросом.
По ее словам, реальная практическая выгода от этой работы заключается в том, что в будущем квантовые компьютеры могут быть способны легко запускать моделирование вещей (например, погоды) в любом направлении во времени без особых трудностей. Это было бы серьезным изменением от современного мира классического моделирования.
